Multiplexación PT100 con CD4051

Navega tus respuestas
0

Estoy interesado en desarrollar una interfaz PT100 de 8 hilos genérica de 8 canales para RaspberryPi. La precisión necesaria debe ser mejor que 1degC y oscilar entre 0 y 200 grados centígrados. Además necesito compensación de cable de plomo. Aquí está el plan: 1) Use una fuente de corriente constante usando TL431 y un transistor 2N2222. Supongo que esto debería funcionar:

2)Luegodirijaestacorrientede1mAatravésdeunmultiplexorCD4051alcabledealimentacióndecadaunodelos8PT100.Además,obtengalasseñalesderetornoatravésdeotrosdosmultiplexoresCD4051enunADCdelasiguientemanera:

3)FinalmenteuseADS1115ADCaA)encuentreunacaídapotencialenloscables1-2delcablept100de4cables.EntoncesB)midelacaídadevoltajeatravésdePT100.

Ahoramisproblemasson:1)Enelmejordeloscasos,puedoobtenerresistenciasdel1%paralafuentedecorrienteconstante.Asíquelacorrientepuedenosertanconstante.Elegirélasresistenciasamano,pero¿quépasaconlacompensacióndetemperatura?Engeneral,¿cuántavariaciónactualpuedoesperar?

2)¿Estábienelesquemadeinterconexiónde8PT100sopuedehabermejoresmanerasdehacerlomismo?Comoheleídoenpublicacionesdistribuidasaquí,asícomoenalgunosartículos(porejemplo, aquí o here ), este es un método común. Pero nunca pude encontrar la forma en que prácticamente implementaron esto o si su rendimiento se vio afectado, etc.

3) ¿Cómo puedo medir la resistencia de los cables sin obtener el efecto Rds (on) de CD4051? Esto es así porque 1mA está pasando a través del primer MUX.

Por favor, avíseme si hay algún error o mejora en el esquema anterior. Soy un novato (ing. Mecánico) pero estoy bien para aprender, por favor, perdóneme si me voy a algún lugar. ¡Gracias!

------------------------------ EDIT ---------------- -----------------------

Ahora solo estoy interesado en los sensores de 3 hilos PT100, ya que estos son los disponibles localmente a precios asequibles. Todo el resto de los requisitos siguen siendo los mismos. Entonces, el problema está más claro ahora: ¿Cómo mido la resistencia del cable del sensor mientras evito los Rds (encendido) de CD / HC4051 *? Una posible solución: En esta figura, el primer cable del pt100 es suministrado por una corriente de 1 mA a través de un HC4051 (ver nota al pie). Como necesito hacer una medición diferencial entre los dos primeros conductores del pt100 mientras evito los rds (encendido) del HC4051, conecté el A0 del ADC directamente al primer cable a través de un diodo schottky. El diodo evita la activación de otros canales PT100 no activados por HC4051. La caída de 0.3v debida a este diodo puede incorporarse en los cálculos para obtener resistencia del cable. ¿Estoy mal o bien en este sentido? ¿La corriente de fuga va a ser un problema?

También he incluido una resistencia (2.5k) entre el tercer conjunto de cables de PT100 y tierra. Supongo que esto ayudará a realizar una mejor medición diferencial en el ADC (A2 y A3) mientras evita el paso de corriente a través del HC4051. ¿Esto tiene sentido?

Muchas gracias por responder hasta ahora.

* (Acepto las sugerencias dado que CD4051 no es el mejor para este caso. Tomaré la sugerencia de HC4051 de @ Sephro.)

    
pregunta SubsB

3 respuestas

2

La hoja de datos de Texas Instruments del CD4051 no es muy clara sobre la corriente máxima. Mi conclusión sobre la violación de la "Corriente de entrada máxima de 1 µA" fue errónea, esa es la máxima corriente de pérdida

El HEF4051 es un chip similar de Nexperia (anteriormente NXP / Philips) allí la hoja de datos es más clara: la corriente máxima es de 10 mA, por lo que 1 mA está bien.

Sin embargo, la alta resistencia aún evitará que alcance la precisión requerida. La resistencia de activación variará en casi cualquier cosa, como la tensión de alimentación y la temperatura.

Lo que es posible es usar una fuente de corriente para cada sensor y luego multiplexar solo el voltaje resultante a la entrada ADC.

    
respondido por el Bimpelrekkie
1

Sí, puede hacer eso (quizás no con el CD4051 y quizás no con esa fuente de corriente de 1 mA en particular, debido al cumplimiento de voltaje), sin embargo, el único punto de la entrada A0 del ADC es verificar que la fuente de corriente no cumple con los requisitos voltaje. Rds (encendido) es enorme (hasta 1300 ohmios) y varía con la tensión de alimentación, la tensión de entrada y la temperatura. Un HC4051 sería mejor a 5V.

Si realmente desea medir la resistencia del cable "superior" por algún motivo que no sea la protección de ruptura (para la cual A0 es suficiente), puede agregar otro multiplexor analógico y eliminar el voltaje en la parte superior del RTD. Puede medir la resistencia del cable "inferior" midiendo en relación con el suelo. Por supuesto, no hay manera de medir la resistencia de los otros dos cables porque no pasa una corriente significativa a través de ellos.

Los problemas realistas van a surgir cuando intenta proteger las entradas contra las cosas que pueden suceder fuera del tablero.

Puede que sea mejor gastar el rasguño para los conmutadores analógicos genuinos que tienen un grado de protección integrada y agregar alguna protección externa alrededor de eso. También sería mejor usar suministros de +/- 10V a +/- 15V, si están disponibles.

    
respondido por el Spehro Pefhany
0

Trabajé tanto en las respuestas de @Bimpelrekkie como en las de @Spehro Pefhany. Ya que se expande no puedo publicarlo como un comentario. Tampoco puedo publicar como una edición, supongo que porque es una respuesta de tipo, una completa.

Para la fuente actual, he agregado 8 de estos, cada uno con 1 mA según @Bimpelrekkie. Pero ahora se activan a través de un IC HC4051 como se muestra a continuación. ¿Funcionará?

El circuito restante consiste en enrutar cada uno de estos 1 mA a cada pt100. Las entradas de estas corrientes de 1 mA se detectan a través de otro mux y el pin A0 de ADC según @Spehro Pefhany. Como no fluye ninguna corriente, la resistencia de mux no es un problema aquí. El uso de mux en el cable central del PT100 y la medición diferencial de A0 y A1 le da resistencia al cable.

La medición diferencial entre A2 (cable intermedio PT100) y A3 (cable de hundimiento PT100) me da resistencia PT100. El sumidero de todas las corrientes es a través de una resistencia, que supongo que ayudará a hacer una medición sin ruido. Por favor, corrígeme si me equivoco en esto.

Este circuito carece de protecciones y debe completarse ya que muchos pines aún están abiertos, pero al menos se debe verificar el esquema básico. Si hay algún error o posible limitación, por favor hágamelo saber.

Ya agradezco a @Bimpelrekkie y @Spehro Pefhany por ayudar en tan poco tiempo.

    
respondido por el SubsB

Lea otras preguntas en las etiquetas

Forma de onda de un radar FMCW ¿cómo obtener los parámetros de la respuesta al escalón dentro de matlab en bucle abierto?